(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211257326.3 (22)申请日 2022.10.14 (71)申请人 湖北工业大 学 地址 430068 湖北省武汉市洪山区南李路 28号 (72)发明人 冯东伟　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 杨宏伟 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 反向自平衡试桩法上、 下段桩最佳预留间距 的计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种反向自平衡试桩法上、 下 段桩最佳预留间距的计算方法， 建立通用的计算 分析模型， 可针对桩周土， 桩端土， 桩体及基岩， 充分考虑其基本的承 载特性和受力方式等因素， 将复杂的三维计算模型转化 成平面应变问题， 建 立了桩‑土基础简化分析模型， 并推导了桩顶变 形及桩身内力的计算公式， 本发 明基于弹性理论 方法， 建立了反向自平衡试桩法桩 ‑土相互作用 计算分析模 型， 进一步推导了 反向自平 衡试桩法 在上段桩受压时的极限位移 。 在反向自平衡试桩 法实践中， 可提高设计精度， 较为准确的测试到 基桩的极限承载力。 权利要求书4页 说明书11页 附图4页 CN 115329449 A 2022.11.11 CN 115329449 A 1.一种反向自平衡试桩法上、 下段桩最佳预留间距的计算方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤1、 根据桩 ‑土尺寸确定上 段桩桩底极限位移 ∂1计算公式如下： 公式 （7） 上式中，S1为上段桩桩顶的桩土相对位移， Ap为桩身横截面面积， Ep为桩弹性模量， Z1为 上段桩总长度， ca为桩侧表面与土之间的粘聚力， K桩侧土的侧压力系数， 为桩侧土的竖 直有效应力， 为桩侧表面与土之间的摩擦角， z为桩体任意点与上段桩顶的距离， Gz表示 距离上段桩桩顶距离为z时的上部 重量； 步骤2、 根据桩体受力特征， 在下段桩桩底施加 Ff， 将Ff作为边界条件， 确定下段桩桩顶 极限位移∂2计算公式如下： 公式 （8） 公式 （8） 边界条件为： 当 z=Z2时， 轴力 上式中，S2为下段桩桩底的桩土相对位移， Z2为下段桩总长度， z为与下段桩桩顶的距 离，Gz表示距离下 段桩桩底距离为z的上部分重量； 步骤3、 根据桩土相互作用机理计算或者仿真分析分别得到上段桩桩顶极限位移 S1和下 段桩桩底极限位移 S2， 分别代入公式 （7） 和公式 （8） 中， 得到上段桩桩底极限位移 ∂1和下段桩 桩顶极限位移 ∂2； 步骤4、 计算上、 下两段桩的合位移为 ∂max=∂1+∂2； 合位移∂max加上荷载箱高度 Si即得到 上、 下段桩最佳 预留间距 S。 2.根据权利要求1所述反向自平衡试桩法上下段桩最佳预留间距的计算方法， 其特征 在于： 步骤1中上 段桩桩底极限位移 ∂1计算公式确定方式如下： 步骤1.1、 根据公式 （1） 计算上 段桩桩底极限位移 ∂1 公式 （1） 上式中NZ为桩身轴力； 步骤1.2、 根据公式 （2） 计算上 段桩受力关系 公式 （2） τz为距离上 段桩桩顶为z处侧摩阻力值， Up为桩身周长； 步骤1.3、 根据公式 （3） 计算侧摩阻力极值 τs， 侧摩擦阻力极值用类似于土的抗剪强度的 库仑公式 公式 （3） σz为深度z处作用于桩侧表面的法向压力， 与桩侧土的竖直有效应力 成正比例； 步骤1.4、 根据公式 （4） 计算深度z处作用于桩侧表面的法向压力 σz权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115329449 A 2公式 （4） 上式中KS为桩侧土的侧压力系数， 对挤压桩 Ka<KS<Kp； 对非挤土桩， 因桩 孔中土被清除而 使Ka<KS<K0； 其中Ka、K0、Kp分别为主动、 静止和被动土 压力系数； 步骤1.4、 在饱和土体中两个土颗粒承载一个重力为 G的物体， 土颗粒间是点接触， 两个 土颗粒作用的真实荷载 Psi1=G‑F，F为上侧土 颗粒所受的浮力； 两个土颗粒间的接触面积 Aci不为零， 孔隙水压力 u的作用使土颗粒间相互作用的真实 荷载Psi增大， 即 Psi2=G‑F+Aciu公式 （5） Psi2是两土颗粒接触面积不 为零时的真实荷载； 步骤1.5、 桩侧土的竖直有效应力 计算公式如下： 公式 （6） Am为桩的有效影响半径内土的面积； 步骤1.6、 将公式 （1） 至公式 （6） 合并整理得到计算上 段桩桩底极限位移 ∂1的公式 （7） 。 3.根据权利要求2所述反 向自平衡试桩法上、 下段桩最佳预留间距的计算方法， 其特征 在于， 步骤3中上 段桩桩顶极限位移 S1和下段桩桩底极限位移 S2计算方法如下： 根据剪切位移法以及桩土相互作用机理假设桩周土的位移为： 公式 （9） 式中S（z） 表示桩身相对桩周土的位移； τ（z） 为距离桩顶 z位置处的桩侧摩阻力； r0为桩 半径；rm为桩体影响半径， 即桩侧剪切变形可忽略范围， rm=2.5L(1‑vs)， L为桩长； Gs为桩侧 土剪切模量， Gs=Es/2(1+vs)，Es和vs分别为各层土弹性模量和泊松比； 对微分单 元静力分析 公式 （10） 微分单元的弹性压缩为： 公式 （11） 将公式 （1 1） 代入公式 （10） 式得 公式 （12） 将公式（9）代入公式（12）， 令 其中 ：k为桩土剪切刚度系数， 得 公式 （13）权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115329449 A 3